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報告書

釜石鉱山における深部地質環境特性調査(平成6年度)概要

横井 浩一*; 野口 義文*; 森田 誠也*; 中村 直昭*; 高原 弘幸*; 守屋 俊文*

PNC TJ1380 95-004, 235 Pages, 1995/03

PNC-TJ1380-95-004.pdf:8.44MB

釜石鉱山における原位置試験の第2フェーズ(H5$$sim$$H9年度)では、次の5つの領域が研究対象とされている。すなわち、1)深部地質環境特性の把握(TASK-1)、2)深部岩盤における掘削影響領域の評価(TASK-2)、3)結晶質岩中の水理・物質移行特性の把握(TASK-3)、4)人工バリアに関する研究(TASK-4)、5)地震に関する研究(TASK-5)である。本報告書は、主に1)の深部地質環境特性の把握を目的として実施された調査・試験結果をまとめたものであり、同時にこれは他の研究のための基礎的な資料を提供するものである。本年度は大別して7つの調査項目からなり、以下のような成果を得た。(1).割れ目特性調査:250mL坑道において、割れ目の切った切られたの関係や割れ目充填物の組織から、原位置試験場の割れ目の形成順序を推定した。(2).孔内載荷試験:深度、載荷方向の違いは認められず、変形係数と弾性係数の比で判定される岩盤分類では「締まっている」状態に該当した。(3).初期応力測定;550mL坑道において実施された水圧破砕法、円錐孔底ひずみ法、AE法、DRA法より算出された最大主応力の方向はNS$$sim$$N30°W、5$$sim$$20°Nと概ね一致し、水圧破砕法、AE法およびDRA法で推定された鉛直応力は付近の推定被り圧7.0MPaに一致した。(4).MOSAX地下水サンプラーを用いた採水:KG-1孔において予定した5つの区間の内、3つの区間で本採水を実施した。(5).間隙水圧測定:KG-1孔における水圧分布は、全体的な傾向として、大きく分けて4つの帯水層と3つの難透水層に分けられ、間隙水圧の経時変化は原位置試験場周辺の降雨量と調和的な推移を示した。(6).地下水の地球化学特性調査:人工バリア坑道およびアクセス坑道の掘削等のイベントが湧水の物理化学パラメータおよび化学成分に変動を与えることが明らかとなった。(7).既存坑道周辺の応力測定:岩芯鑑定、水平面内および鉛直断面内の応力分布から、水平孔で壁面から0.5$$sim$$1.0m、45$$^{circ}$$上向きで2.0m程度まで坑道の影響が顕著であった。

報告書

釜石鉱山における深部地質環境特性調査(平成5年度)

長 久*; 横井 浩一*; 野口 義文*; 森田 誠也*; 中村 直昭*; 高原 弘幸*; 守屋 俊文*

PNC TJ1380 94-001, 1308 Pages, 1994/03

PNC-TJ1380-94-001.pdf:41.64MB

釜石原位置試験第1フェーズでは、地層科学研究の一環として割れ目系岩盤である花崗岩を対象に、地質、水理環境特性の把握と現象の理解と現有調査技術の適用性の確認を目的とした試験研究が実施された。動燃事業団は、第2フェーズの目的を岩体の地質、水理、力学特性の深度依存性や不均質性を把握するために研究範囲を拡大し、地下深部の詳細な地質環境特性の把握と現象の理解および調査試験技術の高度化と確立と設定し、以下の5項目を研究領域として取り組む事としている。1)深部地質環境特性の把握2)深部岩盤における掘削影響領域の評価3)結晶質岩中の水理・物質移行に関する研究4)人工バリア試験5)地震に関する試験研究本報告書では、1)$$sim$$5)の研究の基礎資料を提供するとともに、原位置試験場を含むその周辺の地質構造や水理特性、力学特性、地球化学特性、岩盤内充填粘土挙動の把握を行い、同時に調査を通じて調査試験手法の評価を行い問題点と課題を把握した。

論文

亀裂情報データベースシステムの構築とその適用

野口 義文*; 岩崎 浩*; 金子 勝比古*; 小池 克明*

情報地質, 4(2), p.45 - 57, 1993/00

None

報告書

花崗岩における原位置試験(平成2年度)

長 久*; 野口 義文*; 森田 誠也*; 中村 直昭*; 岩崎 浩*; 堀田 政國*; 穂刈 利之*

PNC TJ1380 91-001, 470 Pages, 1991/05

PNC-TJ1380-91-001.pdf:26.46MB

釜石原位置試験場では、地層科学研究の一環として、当面割れ目系岩盤中の地下水流動現象と物質移動に関する試験、研究およびその技術開発を中心に実施している。1991年度は、岩盤透水性試験と単一割れ目における地下水流下試験の実施を主たる内容とした。このため、新たにKD-90坑道を掘削して排水坑道とし、その周辺に間隙水圧モニター用の試錐孔を配置した。また、既存のKH-1孔における区間水開放後の深度別の水質分析、原位置試験場付近のサンプルを用いた岩石溶出試験を実施した。各試験、研究の成果は次のように要約される。(1)1990年度から実施している試錐孔およびKD-90坑道における地質学的, 岩石鉱物額的調査結果によれば、岩盤透水性試験エリアは亀裂周辺の変質の程度、充填鉱物の種類によって特徴付けられるN70$$^{circ}$$E80$$^{circ}$$NWW系, N40$$^{circ}$$E60$$^{circ}$$NW系, N20$$^{circ}$$E90$$^{circ}$$系, 傾斜20$$^{circ}$$C以下の割れ目系の4つの割れ目群からなっている。(2)KD-90坑道における岩盤透水性試験から坑道規模の透水係数として2.07$$times$$10$$^{-6}$$cm/secが得られた。この値は、同位置で行った低圧透水性試験結果の対数平均値1.14$$times$$10$$^{-6}$$6cm/secと概ね一致し、周辺岩盤の平均的な透水性を表していると考えられる。また、試験区間によるバラつきは10$$^{-6}$$$$sim$$10$$^{-7}$$cm/secの範囲であって、割れ目情報から算出した透水テンソルも併せて検討した結果、この試験エリアでのREV(最小構造単位)は20数m程度と推定された。(3)単一割れ目における地下水流下試験によって、割れ目面におけるチャンネリング現象を実験的に明らかにし、飽和・不飽和浸透流解析から割れ目面は10$$^{-2}$$$$sim$$10$$^{-6}$$cm/secの透水係数を有するいくつかのゾーンに分けられると推定された。しかし、割れ目面内での流量を説明するにはここで用いた解析法は不十分であった。また、坑道壁面における割れ目情報から割れ目面上の流れを推定することは非常に困難である。(4)岩石溶出試験から、岩石成分の溶出が地下水の水質決定に大きく関与すると推定された。特に花崗閃緑岩や閃緑岩がNa$$^{+}$$, K$$^{+}$$を、鉱石がCa$$^{2+}$$, Mg$$^{2+}$$, SO$$_{4}$$$$^{2-}$$, Cl$$^{-}$$を相当量供給することが明らかになった。KH-I孔開放後の水質は古い地下水への変化が認められたが、坑道湧水は残層タイプに変化した。この違いには流出量の多寡

報告書

物質移動試験の準備調査と試験設計

長 久*; 野口 義文*

PNC TJ4380 90-003, 244 Pages, 1990/07

PNC-TJ4380-90-003.pdf:17.27MB

釜石原位置試験場では、結晶質岩である花崗岩を対象として、割れ目系岩盤中の地下水流動現象と物質移動現象に関する試験、研究が実施されている。これらは岩盤中の割れ目を経路として、その中を核種が地下水によって運搬されることを基本的シナリオとしている。この一環として、割れ目系岩盤中の単一割れ目における物質移動に関する現象の把握を目的とした試験を計画した。本年度はその準備段階として、物質移動試験の事例調査(文献調査)、物質移動試験候補割れ目の抽出、選定、地中レーダー探査による割れ目調査、地下水流下試験と水みちの観察、割れ目の詳細観察と岩石鉱物試験を行い、これらの結果から次年度以降の試験設計を行った。結果を要約すると以下のようになる。1)1988年に行った坑道割れ目調査のデータについて「地下水流動のしやすさ」の観点から多変量解析を行い、地下水流下試験、物質移動試験に適すると考えられる割れ目を抽出した。現地調査の結果とあわせて、試験候補割れ目を選定した。2)地中レーダー探査は、岩盤奥5m程度まで割れ目の連続性を追跡でき、また、含水量の多い割れ目によく反応するため、地下水流下試験などに適した割れ目を選定するのに有効である。3)地下水流下試験(簡易岩盤はぎ取り試験、岩盤はぎ取り試験、岩盤ブロック切り出し試験)の結果、割れ目表面を形成する鉱物の種類、分布状況により、地下水の流下速度、形態が異なることが明らかになった。4)割れ目表面を形成する鉱物のうち、「白色粘土」の分布する部分では卜レーサーが拡散、付着しやすく、地下水が流動しやすい部分であることが明らかになった。検鏡、各種鉱物学的分析の結果、「白色粘土」は主として石英、斜長石、沸石類、緑泥石等からなる割れ目充填鉱物の削剥物であり、地下水流動により運搬され、堆積したものであることが判明した。「白色粘土」の存在から、そこが現在あるいは過去に地下水の流路であったと推定できる。

報告書

花崗岩における原位置試験(平成元年度)

浜辺 修二*; 長 久*; 横井 浩一*; 野口 義文*; 飯島 章夫*; 森田 誠也*; 中村 直昭*

PNC TJ4380 90-002, 463 Pages, 1990/05

PNC-TJ4380-90-002.pdf:29.89MB

釜石原位置試験場では、地層科学研究の一環として、当面割れ目系岩盤中の地下水流動現象と物質移動現象に関する試験、研究およびその技術開発を中心に実施している。本年度は、岩盤透水性試験エリアを設定し、そこの水理地質学的な環境を調査、研究することと岩盤透水性試験の実施設計を行うことを主たる目的とした。このため、新規にKD-89坑道、KR-89切上およびKB-89A、B試錐座を掘削した後に試錐孔を配置して、試錐孔および坑道の地質調査、ジオトモグラフィー、低圧透水性試験および孔間透水性試験などを実施した。なお、予備的なベンチレーション試験と坑道壁面での蒸発量測定も行った。各試験、研究の結果を要約すると以下のとおりである。(1)岩盤透水性試験エリアは、充填鉱物の種類で特徴づけられるN70$$^{circ}$$ $$sim$$80$$^{circ}$$ E、N80$$^{circ}$$ $$sim$$90$$^{circ}$$ Wと、N30$$^{circ}$$ $$sim$$40$$^{circ}$$ Wという走向を有する3つの割れ目群からなっていると推定され、その内N70$$^{circ}$$ $$sim$$80$$^{circ}$$ Eの割れ目群が卓越している。(2)坑道掘削時に周辺岩盤は、坑道の形状、割れ目の方向に起因して複雑な挙動をしたが、全体としては弾性的な挙動といえた。そこでのヤング率は2区間で10$$^{5}$$kg/cm$$^{2}$$から10$$^{4}$$kg/cm$$^{2}$$のオーダーに変化したが、全体として顕著な変化は認められなかった。一方、透水係数は掘削前後で、10$$^{-9}$$cm/secから10$$^{-8}$$cm/secのオーダーに大きくなった区間と、逆に10$$^{-5}$$cm/secから10$$^{-6}$$m/secのオーダーに小さくなった区間が認められた。(3)ベンチレーション試験による坑道規模の透水係数として10$$^{-7}$$cm/secのオーダーが得られた。また、蒸発量測定では壁面の不飽和帯を検出できる可能性を認めた。比抵抗探査の結果もこれを支持した。(4)比抵抗、レーダートモグラフィーの結果は、N70$$^{circ}$$ $$sim$$80$$^{circ}$$ Eの割れ目群を探知した。それは開口割れ目と相関があり、含水した間隙が比較的多いと予想された。(5)低圧透水性試験、孔間透水性試験で、岩盤透水性試験エリアの透水性に異方性があることを明らかにした。これは、割れ目の方向に起因すると考えられた。得られた透水係数は、1.5$$times$$10$$^{-5}$$$$sim$$1.1$$times$$10-8cm/secである。(6)坑道規模3.5$$times$$3.0$$times$$50.0mの岩盤透水性試験を設計し、観測区間を5区間設

報告書

花崗岩における原位置試験(昭和63年度)

渡辺 修二*; 長 久*; 野口 義文*

PNC TJ4380 89-002, 662 Pages, 1989/03

PNC-TJ4380-89-002.pdf:17.54MB

釜石鉱山における本年度の原位置試験では、原位置試験場周辺の既存坑道における、割れ目分布、地下水、岩盤応力測定などの地質環境に関する調査と、試験環境整備のための新規坑道掘削および、この掘削に伴う周辺岩盤の挙動と物性変化の予測・測定が行われた。その結果以下のことが判明した。(1)既存のNE坑道の地質は、主に蟹岳複合岩体の閃緑岩と閃緑岩のスカルン化が見られ、割れ目は走向E-Wで急傾斜するものが多い。一方、試験が主に行われているNW坑道と新規坑道(KD-88)は、新鮮な栗橋花崗閃緑岩が主で、割れ目は走向N75度E、傾斜80度NとN40度E、60度NWの2方向が多い。両坑道ともほぼ1本/mの割れ目頻度であり、欧米の花崗岩と比較するとやや多い。(2)坑道湧水の分析結果から、試験場全体はいくつかの水質帯に分けられる。割れ目頻度の低い区域であるNW坑道の試験集中域は、他区域よりも深層被圧地下水系に近い性質を示している。(3)KH-1孔の間隙水圧の経時変化をみると、パッカリングシステム設置時より水圧が徐々に上昇し、各区間は約2$$sim$$3ヶ月後、2.5$$sim$$3.0kgf/cm/SUP2の安定状態に達した。(4)試験個所周辺の岩盤応力は、最大主応力と中間主応力がほぼ同じで、最大主応力はほぼ水平に作用している。最大水平圧縮応力はNE方向であり、その値はかぶり圧の約2倍である。(5)孔間レーダー探査で、割れ目分布と調和的な含水分布が得られた。間隙水圧は、割れ目が影響しており、位置によって非常に異なった。(6)新規坑道掘削後、壁面から1m以深の岩盤は弾性的で、ヤング率には変化は認められなかった。壁面付近では、透水係数が低下したが、割れ目に影響され、間隙水圧は掘削直後、低下した所もあった。

報告書

結晶質岩中の既存空洞における岩盤物性及び地下水状況調査(I)

浜辺 修二 長*; 野口 義文*

PNC TJ4380 88-002, 366 Pages, 1988/08

PNC-TJ4380-88-002.pdf:9.53MB

高レベル放射性廃棄物地層処分研究開発のうち、天然バリアの5カ年研究計画の原位置試験場として、昭和61年度に実施した「釜石鉱山の既存空洞とその周辺の各種状況調査」の結果、釜石鉱山の栗橋花崗岩体中の既存空洞が選ばれた。本調査は、岩体のもつ岩盤物性と水理特性及び地球化学的特性に関するデータを取得することを目的に、5カ年計画の初年度として実施されたものである。原位置試験場の550ml坑道より鉛直に500mの試錐を実施し、試験を行った結果次のことが判明した。(1)採取した岩芯は全長にわたり、ほぼ優白色中粒の新鮮な角閃石黒雲母花崗閃緑岩の堅固な比較的割れ目の少ない岩盤である。割れ目には充填物として、石英や粘土鉱物を伴う場合が多い。また、一部の割れ目の多い部分では割れ目周囲の岩盤にピンク$$sim$$白色の変質も認められる。(2)主な岩芯の物性試験結果をみると、比重2.69、一軸圧縮強度1,415kgf/cm/SUP2、透水係数10/SUP-8/$$sim$$10/SUP-12/kh(cm/sec)前後の値がみられる。(3)岩芯鑑定、孔内検層結果を参考に短期間で採水可能な有意な割れ目の発達する区間におけるJFT試験結果では、透水係数は10/SUP-6/$$sim$$10/SUP-7/kh(cm/sec)、孔口を+-0mとした間隙水圧は+0.09m$$sim$$+4.43mの低い値が観測されている。なお、試錐孔を利用したパッカリングシステムを設置し、間隙水圧を現在モニターしているが、水圧は設置1ヶ月後の現在も徐々に上昇している。(4)試錐孔よりの採水分析結果をみると、孔口に近い部分より深部に向って、Na-HCO/SUB3タイプの深層被圧地下水系$$sim$$Na-SO/SUB4、タイプの化石地下水的な滞留時間の長い可能性のある水質が認められる。

論文

トンネル壁面亀裂からの地下水蒸発量の測定

佐久間 秀樹; 野口 義文*

OECD/NEA/CRP Meeing, , 

岩盤中に開削された空洞周辺における地下水流れの状態を明らかにすることは、地質環境の特性を評価する上で極めて重要である。空洞壁面から空洞内へ流入する地下水の状況を調査するために、従来は壁面にプラスチェックシ-トを敷設する方法などが用いられてきたが、測定精度や作業効率の面に制限があった。 筆者らは、難透水性岩盤中に開削された空洞壁面からの湧水量の分布を蒸発量計測により精密にかつ効率良く把握する手法を開発してきた。 今回は、この手法を用いた坑道壁面における湧水量調査結果について、釜石鉱山における例をもとに湧水量の偏在について報告する。

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